考虑磁饱和效应的同步电机建模与参数辨识

【摘要】电网规模的不断扩大,对系统稳定性提出了更高要求,同步发电机是电力系统中的重要部件,其运行行为影响到电力系统的各个方面,所以其模型及参数一直是电力系统建模研究的重要内容。精确而合理的同步发电机模型和参数,对准确分析和计算电力系统的动态行为具有重要的意义。掌握准确的发电机参数,无论对电力系统分析计算,还是对发电厂进行现代化改造都具有重要的意义。针对同步发电机,人们建立了多种详细程度的模型,不同的模型对应着不一样类型的参数,各参数是否独立,参数和模型是否对应,关系到同步发电机参数的辨识性问题,是辨识同步发电机参数的理论基础之一。同步电机参数辨识既是实际应用课题又是基础理论课题。由于同步电机中存在饱和、涡流等一系列较为复杂的物理现象,使其中部分参数随着运行工况变化而呈现非线性,因此是难度比较大的课题。针对同步电机的动态分析问题,研究了三阶机电暂态稳定模型、五阶综合稳定模型、六阶实用模型等同步电机实用模型,并从静态场、涡流场及运动场三方面分析了同步电机内的电磁场。说明了数学建模的意义,阐述了基于三相坐标系下的同步电机饱和模型建模原理,介绍了基于非线性电感的同步电机建模方法,提出了可以使用非线性电抗来描绘电机运行过程中产生的磁饱和效应。同时,展示了两类较为特殊的饱和模型建立方法,即用FLUX2D软件及有限元法模拟进行电机建模,和用同步电机等效电路图反映同步电机的磁饱和效应。通过改进的同步电机静止频率响应试验,应用最小二乘法分析试验曲线获得不同频率下各测试参数的增益和相位,以此替换d、q轴电磁参数特性传递函数方程中的相关部分,简化电机数学模型及其状态空间方程。基于励磁和定子回路开路时电机状态的分析结果,改进数据处理过程,辨识出完整的同步电机电磁参数。为精确描述凸极同步电机磁路饱和特性,构建了非线性状态下电机动态饱和电感模型,研究磁场饱和对电机参数的影响。通过常规实验测得线性状态下的电机参数,利用构建的数学模型和静态频率响应实验结果,辨识了非线性状态下的电机参数,MATLAB仿真结果,验证了所提方法的有效性。
【作者】蔡然；
【导师】杨俊华；
【作者基本信息】广东工业大学，电气工程，2014，硕士
【关键词】同步电机；参数辨识；模型；磁场饱和；状态方程；静止频率响应试验；

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